Типы двигателей, используемых в электромобилях

Электромобили не являются чем-то новым для этого мира, но с развитием технологий и повышенным вниманием к борьбе с загрязнением, он стал залогом мобильности будущего. Основным элементом электромобиля, помимо аккумуляторов электромобиля, который заменяет двигатели внутреннего сгорания, является электродвигатель. Быстрое развитие в области силовой электроники и методов управления создало пространство для различных типов электродвигателей, которые будут использоваться в электромобилях. Электродвигатели, используемые в автомобилях, должны обладать такими характеристиками, как высокий пусковой момент, высокая удельная мощность, хороший КПД и т. Д.

Различные типы электродвигателей, используемых в электромобилях

Двигатель серии постоянного тока
Бесщеточный двигатель постоянного тока
Синхронный двигатель с постоянным магнитом (PMSM)
Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока
Электродвигатели с регулируемым сопротивлением (SRM)

1. Двигатель серии постоянного тока

Высокий пусковой момент двигателя серии DC делает его подходящим вариантом для тягового применения. Это был наиболее широко используемый двигатель для тяги в начале 1900-х годов. Преимущества этого двигателя - легкое регулирование скорости, а также способность выдерживать резкое увеличение нагрузки. Все эти характеристики делают его идеальным тяговым двигателем. Основным недостатком двигателей постоянного тока является необходимость в обслуживании за счет щеток и коммутаторов. Эти двигатели используются на индийских железных дорогах. Этот двигатель относится к категории щеточных двигателей постоянного тока.

2. Бесщеточные двигатели постоянного тока

Это похоже на двигатели постоянного тока с постоянными магнитами. Он называется бесщеточным, потому что в нем нет коммутатора и щеточного устройства. Коммутация в этом двигателе осуществляется электронным способом, поскольку двигатели BLDC не требуют обслуживания. Двигатели BLDC обладают такими характеристиками тяги, как высокий пусковой момент, высокий КПД около 95-98% и т. Д. Двигатели BLDC подходят для проектирования с высокой удельной мощностью. Двигатели BLDC являются наиболее предпочтительными двигателями для электромобилей из-за их тяговых характеристик. Вы можете узнать больше о двигателях BLDC, сравнив их с обычным щеточным двигателем.

Двигатели BLDC также бывают двух типов:

я. Двигатель BLDC типа Out-runner:

В этом типе ротор двигателя находится снаружи, а статор находится внутри. Его также называют ступичными двигателями, потому что колесо напрямую связано с внешним ротором. Для этого типа двигателей не требуется внешний редуктор. В некоторых случаях сам двигатель имеет встроенные планетарные передачи. Этот двигатель делает автомобиль менее громоздким, поскольку не требует какой-либо системы передач. Это также устраняет необходимость в пространстве для установки двигателя. Существует ограничение на размеры двигателя, которое ограничивает выходную мощность во встроенной конфигурации. Этот двигатель широко используется производителями электрических велосипедов, такими как Hullikal, Tronx, Spero, велосипеды с малой скоростью и т. Д. Он также используется производителями двухколесных транспортных средств, такими как 22 Motors, NDS Eco Motors и т. Д.

II. Внутренний двигатель BLDC:

В этом типе ротор двигателя находится внутри, а статор снаружи, как у обычных двигателей. Этим моторам требуется внешняя система трансмиссии для передачи мощности на колеса, из-за этого конфигурация внешнего колеса немного громоздка по сравнению с конфигурацией внутреннего колеса. Многие производители трехколесных транспортных средств, такие как Goenka Electric Motors, Speego Vehicles, Kinetic Green, Volta Automotive, используют двигатели BLDC. Производители скутеров с низкими и средними характеристиками также используют двигатели BLDC для приведения в движение.

Именно по этим причинам этот двигатель широко используется в электромобилях. Главный недостаток - высокая стоимость за счет постоянных магнитов. Перегрузка двигателя сверх определенного предела сокращает срок службы постоянных магнитов из-за тепловых условий.

3. Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM)

Этот двигатель также похож на двигатель BLDC, который имеет постоянные магниты на роторе. Подобно двигателям BLDC, эти двигатели также обладают такими тяговыми характеристиками, как высокая удельная мощность и высокий КПД. Разница в том, что PMSM имеет синусоидальную обратную ЭДС, тогда как BLDC имеет трапециевидную обратную ЭДС. Синхронные двигатели с постоянным магнитом доступны для более высоких мощностей. PMSM - лучший выбор для высокопроизводительных приложений, таких как автомобили, автобусы. Несмотря на высокую стоимость, PMSM составляет жесткую конкуренцию асинхронным двигателям из-за большей эффективности, чем у последних. PMSM также дороже, чем двигатели BLDC. Большинство производителей автомобилей используют двигатели PMSM для своих гибридных и электромобилей.. Например, Toyota Prius, Chevrolet Bolt EV, Ford Focus Electric, нулевые мотоциклы S / SR, Nissan Leaf, Hinda Accord, BMW i3 и т. Д. Используют двигатель PMSM для приведения в движение.

4. Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока.

В индукционных двигателях не имеют высокий начальный колпак, как двигатели серии DC при фиксированном напряжении и фиксированной работе частоты. Но эту характеристику можно изменить, используя различные методы управления, такие как методы FOC или v / f. При использовании этих методов управления максимальный крутящий момент достигается при запуске двигателя, что подходит для тягового применения. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют долгий срок службы из-за меньшего количества обслуживания. Асинхронные двигатели могут иметь КПД 92-95%. Недостаток асинхронного двигателя является то, что он требует сложной схемы инвертора и управления двигателем трудно.

В двигателях с постоянными магнитами магниты вносят вклад в плотность магнитного потока B. Следовательно, регулировать значение B в асинхронных двигателях проще по сравнению с двигателями с постоянными магнитами. Это связано с тем, что в асинхронных двигателях значение B можно регулировать путем изменения напряжения и частоты (V / f) в зависимости от требований крутящего момента. Это помогает снизить потери, что, в свою очередь, повышает эффективность.

Tesla Model S - лучший пример, подтверждающий высокую производительность асинхронных двигателей по сравнению с их аналогами. Выбирая асинхронные двигатели, Тесла, возможно, хотел избавиться от зависимости от постоянных магнитов. Даже Mahindra Reva e2o использует трехфазный асинхронный двигатель для движения.Основные производители автомобилей, такие как TATA motors, планируют использовать асинхронные двигатели в своих автомобилях и автобусах. Производитель двухколесных транспортных средств TVS motors запустит в производство электрический скутер, в котором в качестве силовой установки используется асинхронный двигатель. Асинхронные двигатели являются предпочтительным выбором для электромобилей, ориентированных на производительность, из-за их низкой стоимости. Другое преимущество заключается в том, что он может выдерживать суровые условия окружающей среды. Благодаря этим преимуществам индийские железные дороги начали заменять свои двигатели постоянного тока асинхронными двигателями переменного тока.

5. Электродвигатели с регулируемым сопротивлением (SRM)

Электродвигатели с регулируемым сопротивлением - это категория электродвигателей с переменным сопротивлением и двойным сопротивлением. Электродвигатели с регулируемым сопротивлением имеют простую конструкцию и надежны. Ротор SRM представляет собой кусок многослойной стали без обмоток или постоянных магнитов на нем. Это снижает инерцию ротора, что способствует большему ускорению. Надежный характер SRM делает его подходящим для высокоскоростных приложений. SRM также предлагает высокую удельную мощность, которая является некоторыми необходимыми характеристиками электромобилей. Поскольку выделяемое тепло в основном ограничивается статором, двигатель легче охладить. Самый большой недостаток SRM - сложность в управлении и увеличение схемы переключения.. Также есть проблемы с шумом. Как только SRM выйдет на коммерческий рынок, в будущем он сможет заменить PMSM и асинхронные двигатели.